水泥聯(lián)合粉磨穩(wěn)流倉料位的典型工況模板劃分

謝婭妮，袁鑄鋼

(濟南大學 自動化與電氣工程學院，山東 濟南 250022)

水泥聯(lián)合粉磨穩(wěn)流倉料位的典型工況模板劃分

謝婭妮，袁鑄鋼

(濟南大學 自動化與電氣工程學院，山東 濟南 250022)

為便于分析具有非線性、多變量的水泥聯(lián)合粉磨穩(wěn)流倉料位的變化范圍，提出了一種穩(wěn)流倉工況辨識方法。在水泥聯(lián)合粉磨輥壓機預粉磨環(huán)節(jié)工藝及機理分析基礎上，結(jié)合現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，借助MATLAB，給出各相關變量間三維曲線圖，據(jù)此確定相關變量與穩(wěn)流倉料位的隸屬關系，給出了工況模板。仿真驗證了所提工況模板的有效性。

水泥聯(lián)合粉磨；穩(wěn)流倉；工況模板；三維曲線圖

輥壓機預粉磨是水泥聯(lián)合粉磨的核心環(huán)節(jié)之一，主要由穩(wěn)流倉和輥壓機兩部分組成。輥壓機的工作效率對預粉磨效果至關重要[1]，穩(wěn)流倉料位對輥壓機效率影響巨大，必須在合適范圍內(nèi)變化，輥壓機才能正常、高效地運轉(zhuǎn)，從而保證整個聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。影響穩(wěn)流倉料位的主要因素有前選粉機轉(zhuǎn)速、循環(huán)風機轉(zhuǎn)速和喂料量，它們的動態(tài)變化，將會導致穩(wěn)流倉的料位及顆粒搭配的變化。穩(wěn)流倉料位的穩(wěn)定與否及物料的顆粒搭配是否合理是輥壓機能否達到最佳擠壓效果的關鍵。因此，對穩(wěn)流倉料位工況模板進行研究，以期將具有非線性、多變量的預粉磨過程進行分區(qū)域、分段線性化處理，建立精確數(shù)學模型，為實現(xiàn)穩(wěn)流倉的組合控制奠定基礎。

水泥聯(lián)合粉磨是一個復雜的系統(tǒng)[2]，國內(nèi)外學者進行了大量研究，取得了一系列成果。如文獻[3]對球磨機的振動信號和料位之間的機理關系進行分析，選用以振動信號作為樣本數(shù)據(jù)的適合于描述非線性時變系統(tǒng)的T-S模糊模型作為球磨機料位測量的模型；文獻[4]根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)及經(jīng)驗，粗略劃分出工況模板，建立了水泥聯(lián)合粉磨的T-S模糊模型；文獻[5]對水泥聯(lián)合粉磨工藝進行了分析，給出了水泥聯(lián)合粉磨的T-S模型。然而實際應用中，文獻[3-5]建模時對樣本數(shù)據(jù)進行的是模糊劃分，然而其模糊前件參數(shù)的建立也是不清晰的，很難達到良好的建模效果。

圖1 工藝流程圖

本文提出了一種穩(wěn)流倉工況辨識方法。根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)及工藝分析，利用各變量與穩(wěn)流倉料位的三維曲線圖的隸屬關系得出穩(wěn)流倉料位的典型工況模板，通過仿真驗證了所提方法的正確性和有效性。

1 水泥聯(lián)合粉磨生產(chǎn)工藝及變量選取

1.1 水泥聯(lián)合粉磨生產(chǎn)工藝

半終粉磨工藝如圖1所示。

圖1中，熟料、礦渣、檸檬酸渣等原材料按照一定配比混合的物料經(jīng)皮帶機進入穩(wěn)流倉[6]，緩沖后穩(wěn)定地進入輥壓機進行輥壓，大顆粒的物料被破碎，然后再由入磨提升機進入V選，粗略選粉后較粗的物料重新進入穩(wěn)流倉進行循環(huán)。V選選出的略細物料進入前選粉機繼續(xù)分選，分選后更細的物料在循環(huán)風機的帶動下進入混料機，前選粉后的粗物料進入球磨機進行粉磨。經(jīng)球磨機粉磨后的物料，一部分經(jīng)收塵器直接進入混料機，另一部分在出磨提升機的帶動下進入后選粉機進行分選，較粗的物料進入球磨機繼續(xù)進行研磨，較細的物料經(jīng)收塵器進入混料機。進入混料機的物料與礦粉混合后進入水泥庫。

根據(jù)圖1的工藝流程，假設球磨機終粉磨環(huán)節(jié)保持恒定，輥壓機功率一般情況下是固定的，壓力也是固定的，可假設穩(wěn)流倉出口端固定，輥壓機電流、入磨提升機電流固定，故穩(wěn)流倉料位只考慮入口端變量。根據(jù)現(xiàn)場工藝和操作員經(jīng)驗，可假設V選粉機轉(zhuǎn)速是固定不變的，那么影響穩(wěn)流倉料位的因素就是喂料量、前選粉機轉(zhuǎn)速和循環(huán)風機轉(zhuǎn)速。

1.2 變量的選取

根據(jù)以上分析，喂料量、前選粉機轉(zhuǎn)速、循環(huán)風機轉(zhuǎn)速對穩(wěn)流倉料位的影響如表1所示。

表1 水泥聯(lián)合粉磨穩(wěn)流倉料位的影響因素

由表1可知，對穩(wěn)流倉料位影響很大的變量是喂料量、前選粉機轉(zhuǎn)速和循環(huán)風機轉(zhuǎn)速。

基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)，其歷史曲線如圖2所示。n為數(shù)據(jù)個數(shù)。由圖2可知，選取的4個變量確實存在著一定的變化關系。

圖2 歷史實時曲線變化趨勢圖

2 數(shù)據(jù)預處理

因為聯(lián)合粉磨屬于流程工業(yè)，所以其數(shù)據(jù)變化具有連續(xù)性。為避免噪聲對穩(wěn)流倉料位工況劃分的影響，本節(jié)將采用滾動濾波對采集數(shù)據(jù)進行平滑處理。

滾動濾波可表示為：

(1)

其中：xi為第i個經(jīng)過濾波后的值，xj為采集到的實時數(shù)據(jù)。文中n=5，即每次選取5個數(shù)據(jù)的平均值。

圖2經(jīng)滾動濾波后的曲線如圖3所示。

從圖中可看出，當喂料量、前選粉機轉(zhuǎn)速不變時，循環(huán)風機轉(zhuǎn)速對穩(wěn)流倉料位有很大的影響；當喂料量、循環(huán)風機轉(zhuǎn)速保持不變時，前選粉機轉(zhuǎn)速與穩(wěn)流倉料位有很大的因果關系；當循環(huán)風機轉(zhuǎn)速、前選粉機轉(zhuǎn)速一定時，喂料量與穩(wěn)流倉料位存在很大的相關性。

3 穩(wěn)流倉料位工況模板的劃分

本文選取了連續(xù)變化的100組數(shù)據(jù)，進行三維曲線圖的繪制，研究喂料量、前選粉機轉(zhuǎn)速、循環(huán)風機轉(zhuǎn)速3個參考變量與穩(wěn)流倉料位的關系。

需要特別說明的是，輥壓機在運行過程中易發(fā)生物料離析現(xiàn)象[7]，細顆粒物料的混雜易導致輥壓機出現(xiàn)紐振現(xiàn)象[8]。據(jù)測量系統(tǒng)顯示，輥壓機輥縫在35mm～45mm之間進行有規(guī)律變化，兩主電機的運行電流也同時進行有規(guī)律變化。

圖3 滾動濾波后局部放大圖

當輥縫≤39mm時，輥壓機的活動輥電流為41.3A，輥壓機功率低，輥壓效果差。當40mm≤輥縫≤41mm時，輥壓機活動輥電流為41.3A～42A時，輥壓機功率正常，輥壓效果一般。當41mm≤輥縫≤43mm時，輥壓機活動輥電流為43A～45A時，輥壓機功率高，輥壓效果好。當輥縫>43mm時，輥壓機活動輥電流>45A時，輥壓機功率雖然較高，但由于許多細料得不到輥壓，直接落下，輥壓效果差。

由此可見，通過調(diào)整原始輥縫可以改變輥壓機輥縫的變化范圍，進而消除輥壓機的異?，F(xiàn)象。輥縫的大小與穩(wěn)流倉料位的有關。當料位在某一個范圍時，輥縫正常，兩主電機的運行電流漸趨平穩(wěn)正常，異?，F(xiàn)象消失。

合理地控制料位能夠保證輥壓機達到過飽和喂料要求，且使物料顆粒級配更加合理，從而避免因稱重倉料位的波動而影響輥壓機的正常運轉(zhuǎn)，避免造成輥壓后料餅質(zhì)量的較大波動。根據(jù)現(xiàn)場觀察和分析，無離析區(qū)間料位作為系統(tǒng)平衡段，將倉內(nèi)料位控制在無離析區(qū)間以內(nèi)，嚴格控制給料量以穩(wěn)定料位，可在此基礎上微調(diào)原始輥縫，稍稍減少調(diào)整墊板厚度，以達到最好擠壓效果。而穩(wěn)流倉料位調(diào)的過低或過高，輥壓機上方不能形成穩(wěn)定的料柱，使稱重倉失去靠物料重力強制喂料的功能，易造成輥縫偏差大引起跳停[9]。根據(jù)現(xiàn)場的觀察和數(shù)據(jù)分析，穩(wěn)流倉料位控制在42.58%～48.79%區(qū)間，物料無離析，輥壓機效果最好。

3.1 喂料量、前選粉機轉(zhuǎn)速與穩(wěn)流倉料位之間的關系

橫軸 、縱軸分別為喂料量和前選粉機轉(zhuǎn)速，豎軸為穩(wěn)流倉料位，進行三維曲線圖的繪制。根據(jù)三維曲線圖的變化關系劃分出AC、CD兩段，仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 變量與穩(wěn)流倉料位的關系

由圖4可知，前選粉機轉(zhuǎn)速變化很小時，喂料量增加，穩(wěn)流倉料位增加；喂料量變化很小時，前選粉機轉(zhuǎn)速增加，穩(wěn)流倉料位降低。由AC變化，喂料量幾乎不變時，穩(wěn)流倉料位的變化與前選粉機的變化呈現(xiàn)很大的非線性關系，穩(wěn)流倉料位變化很大。由CD變化，喂料量幾乎不變時，穩(wěn)流倉料位的變化與前選粉機的變化呈現(xiàn)近似線性關系。

為了更精確地劃分模板，需在AC間插入一個點M。

基于上述分析得，穩(wěn)流倉料位在42.58%～48.79%變化時，輥壓效果最好。在AC間，穩(wěn)流倉料位波動很大(大于8%)，占總體區(qū)間的一半還多，并且在AC區(qū)間呈現(xiàn)很大的非線性關系。

喂料量、前選粉機轉(zhuǎn)速、穩(wěn)流倉料位關系如表2所示。

表2 變量與穩(wěn)流倉料位的關系

3.2 喂料量、循環(huán)風機轉(zhuǎn)速與穩(wěn)流倉料位之間的關系

橫軸 、縱軸分別為喂料量和循環(huán)風機轉(zhuǎn)速，豎軸為穩(wěn)流倉料位，進行三維曲線圖的繪制。劃分出AB、BC、CD段，仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5 變量與穩(wěn)流倉料位的關系

由圖5可知，循環(huán)風機轉(zhuǎn)速變化很小時，喂料量增加，穩(wěn)流倉料位增加；喂料量變化很小時，循環(huán)風機機轉(zhuǎn)速增加，穩(wěn)流倉料位降低。由AB、BC、CD變化的分析過程與3.1節(jié)中一致，在此不再贅述。

為了更精確地劃分模板，在AB間插入一個點E。其解釋原因可參見3.1節(jié)。

喂料量、循環(huán)風機轉(zhuǎn)速、穩(wěn)流倉料位關系如表3所示。

表3 變量與穩(wěn)流倉料位的關系

3.3 前選粉機轉(zhuǎn)速、循環(huán)風機轉(zhuǎn)速與穩(wěn)流倉料位之間的關系

橫軸 、縱軸分別為前選粉機轉(zhuǎn)速和循環(huán)風機轉(zhuǎn)速，豎軸為穩(wěn)流倉料位，進行三維曲線圖的繪制。劃分出AB、BC、CD段，仿真結(jié)果如圖6所示。

圖6 變量與穩(wěn)流倉料位的關系

由圖6可知，循環(huán)風機轉(zhuǎn)速變化很小時，前選粉機轉(zhuǎn)速增加，穩(wěn)流倉料位降低；前選粉機變化很小時，循環(huán)風機轉(zhuǎn)速增加，穩(wěn)流倉料位降低。由AB、BC、CD變化的分析過程與3.1節(jié)中一致，在此不再贅述。

為了更精確地劃分模板，在AB間插入一個點N。其解釋原因可參見3.1節(jié)。

前選粉機轉(zhuǎn)速、循環(huán)風機轉(zhuǎn)速、穩(wěn)流倉料位關系如表4所示。

表4 變量與穩(wěn)流倉料位關系

根據(jù)喂料量、前選粉機轉(zhuǎn)速、循環(huán)風機轉(zhuǎn)速、穩(wěn)流倉料位之間的關系，并結(jié)合前述變量間三維圖曲線圖進行分析，得出穩(wěn)流倉料位的工況模板如表5所示。

表5 穩(wěn)流倉料位工況模板

4 仿真分析

另取一段時間的涵蓋全工況的歷史數(shù)據(jù)，通過滾動濾波后得到100組數(shù)據(jù)，作為待驗證的樣本數(shù)據(jù)。具體方式如前所述。

橫軸為喂料量，縱軸分別為前選粉機轉(zhuǎn)速和循環(huán)風機轉(zhuǎn)速，豎軸為穩(wěn)流倉料位，進行三維曲線圖的繪制。仿真結(jié)果如圖7所示。

圖7 穩(wěn)流倉料位工況模板驗證圖

由圖7中的曲線所示，以圖中的A點為例，可以看出其所對應的變量值為(181.0,728.6,39.05)，(181.0，1 599.0,39.05)，這位于表5中的工況1，符合本文中的工況模板，其他工況的驗證方法與此類似。所以該工況模板劃分是正確有效的。

5 結(jié) 語

研究水泥聯(lián)合粉磨的穩(wěn)流倉料位變化范圍，在預粉磨環(huán)節(jié)工藝及該環(huán)節(jié)機理分析，結(jié)合現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，提出了一種穩(wěn)流倉工況的辨識方法，給出了各相關變量間三維曲線圖，確定相關變量與穩(wěn)流倉料位的隸屬關系，解決了辨識過程中前件參數(shù)劃分的模糊化問題，建立了工況模板。仿真結(jié)果表明所提的方法是正確和有效的。

本文僅僅研究了水泥聯(lián)合粉磨穩(wěn)流倉料位工況模板的劃分，下一步將所提方法應用于聯(lián)合粉磨中磨機負荷、水泥質(zhì)量等環(huán)節(jié)的工況模板劃分中，從而建立整個聯(lián)合粉磨的工況模板，為后續(xù)水泥聯(lián)合粉磨生產(chǎn)過程的精確控制奠定了基礎。

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Division of Typical Working Condition Templates For Fill Level in Weighing Warehouse of Combined Cement Grinding

XIE Yani, YUAN Zhugang

(University of Jinan, Jinan 250022, China)

In order to analyze the range change of fill level in weighing warehouse of combined grinding system, which is nonlinear and multi-variable, this paper proposes a method to identify the working condition of weighing warehouse. The approach is based on the pre-grinding technology and mechanism of cement combined grinding roller and the collected date from the field. The three-dimensional curves of the relevant variables are drawn up by using MATLAB and the relationship between fill level of weighing warehouse and related variables is confirmed. Finally, the working condition templates is obtained. The simulation results show the effectiveness of the proposed templates.

cement combined grinding; weighing warehouse; working condition templates; three-dimensional curves

2016-09-19

謝婭妮(1988-)，女，山東煙臺人，在讀碩士研究生，主要從事流程工業(yè)自動化方面的研究.

10.3969/i.issn.1674-5403.2017.01.016

TP273

A

1674-5403(2017)01-0056-06